太阳能喷射制冷系统的热力学火用分析

　　0 引言

　　当今，能源短缺和环境污染问题日益突出，以太阳能为驱动热源的太阳能喷射制冷系统因其不消耗机械功、结构简单、运行可靠等优点，越来越受到人们的关注和重视。 国内外许多学者从热力学角度对太阳能喷射制冷系统进行了分析，然而，大多数是基于热力学第一定律，单纯分析能量在转换和传递过程中的“数量”关系，常用制冷循环的性能系数COP 来评价各种制冷循环的经济性，忽略了能量“品质”这一重要因素。 近年来，人们越来越注重于用热力学第一定律和热力学第二定律相结合的火用分析法，把“量”和“质”统一起来评价能量的价值[1]。 Wimolsiri 对一套制冷量为5 kW 的太阳能喷射制冷系统进行了火用分析，得出系统的火用效率为0.66%，集热器火用损最为严重;同时得出在蒸发温度一定的条件下，存在一个最佳发生温度，使系统总火用损达到最小[2]。 谷宇海也对太阳能喷射制冷系统进行了火用分析，在制冷量为2kW 的情况下， 得到系统的火用效率为0.28%[3]。

　　本文利用火用分析法对太阳能喷射制冷系统进行分析研究， 计算分析系统各部件和各环节的火用损情况，揭示用能过程中的薄弱环节，探讨能量利用的合理性，寻求提高系统效率的有效途径，为系统参数的优化提供理论参考。

　　1 太阳能喷射制冷系统

　　由太阳能集热循环和喷射制冷循环组成的太阳能喷射制冷系统如图1所示。

　　太阳能集热循环由太阳能集热器和发生器组成，太阳能集热器吸收太阳辐射能加热发生器中的传热工质。 喷射制冷循环主要由发生器、喷射器、蒸发器、冷凝器、水泵和节流阀等组成，液态制冷剂在发生器中吸收传热工质的热量气化为高压气态制冷剂，经过喷射器的喷嘴进行绝热膨胀，在混合室内形成一股高速低压气流，将蒸发器内的低压气态制冷剂吸入喷射器，两者充分混合经扩压管减速增压后进入冷凝器，在冷凝器中定压放热凝结为制冷剂液体后，一部分经水泵加压后回到发生器，另一部分经节流阀节流减压进入到蒸发器蒸发制冷。

　　2 太阳能喷射制冷系统的火用分析

　　任一形式的能量中，能够最大限度地转变为有用功的那部分能量称为该能量的火用[4]。

　　为了具体分析太阳能喷射制冷系统各部件和各环节能量品质的下降情况，须得到太阳能集热循环和喷射制冷循环各部件和各环节的火用及火用损。

　　2.1 太阳能集热循环的火用分析

　　根据DeVos建立的单位面积太阳能集热器上太阳辐射火用Exsu的计算公式为[5]

式中：f 为日照衰减系数，在地球表面f =2.16×10^-5;σb为斯蒂芬-玻尔兹曼常数;Tsu，Tea，Tsc分别为太阳、地球表面和太阳能集热器表面的温度。